Fe、Co、Ni 修饰石墨烯纳米带的稳定自旋态分析

磁性石墨烯纳米带是实现未来超高密度 100 tera bit/inch2 级数据存储介质的候选材料。为了提高饱和磁化强度，我们对 Fe、Co、Ni 修饰的锯齿形边缘石墨烯纳米带进行了第一性原理 DFT 分析。典型的晶胞分别为 [C32H2Fe1]、[C32H2Co1] 和 [C32H2Ni1]。最稳定的自旋态在 Fe 修饰情况下为$S_z=4/2$，而在 Co 情况下为$S_z=3/2$，Ni 情况下为$S_z=2/2$。Fe、Co 和 Ni 的磁矩分别为 3.63、2.49 和 1.26 ${\mu}B$，这可以通过考虑向邻近碳原子的电荷捐赠并依据 Hund 规则来解释。能带计算显示，对于自旋向上具有大带隙（在 Co 情况下为 0.55eV）的类半金属结构，而对于自旋向下则具有非常小的带隙（0.05eV），这将有助于信息存储、自旋滤波器和磁阻器件等多种特色应用。双层 Fe 修饰纳米带显示出管状弯曲结构，这可能暗示了通过 Fe 催化剂创建碳纳米管。